KR100376913B1 - 이산화염소의 제조방법, 그에 이용되는 장치 및이산화염소의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라, 이산화염소를 고효율로 제조하는 방법, 그에 이용되는 이산화염소 제조장치, 및 이산화염소의 여러가지 수처리 용도가 제공된다.

Description

이산화염소의 제조방법, 그에 이용되는 장치 및 이산화염소의 용도 {PREPARATION METHOD OF CHLORINE DIOXIDE, AN APPARATUS USED THEREFOR AND USES THEREOF}

본 발명은 이산화염소를 고효율로 제조하는 방법, 제조장치 및 이산화염소를 이용한 수처리 기술에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 이산화염소를 고효율, 고순도로 제조하는 방법, 이를 달성하기 위한 장치, 및 이산화염소의 다양한 수처리 기술 용도에 관한 것이다.

이산화염소는 대표적인 소독제의 일종으로서 전세계적으로 하루 10,000톤 정도 생산되고 있다.

이산화염소의 제법으로는 아래의 방법이 일반적으로 알려져 있다.

NaClO₂+ ½Cl₂→ ClO₂+ NaCl

5NaClO₂+ 4HCl → 4ClO₂+ 5NaCl + 2H₂O

상기 중, HCl을 이용하는 방법은 순수한 이산화염소를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 종래의 방법의 가장 큰 약점은 ClO₂외에 염소와 클로라이트가 부산물로 생성된다는 것이다.

따라서 본 발명의 한가지 목적은 이산화염소를 고효율로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이산화염소를 고효율로 제조하는데 효과적인 이산화염소의 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각종 수처리 기술에 이산화염소를 사용하기 위한 이산화염소의 용도를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이산화염소 제조장치의 일례이다.

도 2는 본 발명에 따른 이산화염소 제조장치의 일례이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. pH 미터 2. ClO₂유출구

3. Cl₂유량계 4. Cl₂주입구

5. NaClO₂정량펌프 6. NaClO₂주입구

7. 미세유리섬유 8. 배플 (유체조절장치)

9. 교반기

본 발명자들은 종래기술의 문제점을 해소하고자 연구한 결과, NaClO₂와 Cl₂를반응시키는데 있어서 Cl₂와 NaClO₂의 공급량을 적절히 조절함으로써 pH를 일정범위내로 유지시키고, 이들 반응물의 최대 혼합 효과를 거둘 수 있도록하는 반응장치를 이용함으로써 이산화염소를 고효율로 제조할 수 있음을 발견하였다.

더욱 상세히 설명하면, 첨부된 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 반응장치기 상단부에 반응용액의 pH를 1.9~2.0 범위로 모니터링하기 위한 pH meter1, pH meter와 대칭되는 위치에 설치된 이산화염소 유출구2, Cl₂의 주입구에 별도 설치된 유량계3, 반응장치의 하단부에 좌우 대칭으로 설치된 Cl₂주입구4및 NaClO₂주입구6, NaClO₂의 공급량을 조절하기 위한 정량펌프5, Cl₂공급관 중에 설치된 미세유리섬유막7, Cl₂및 NaClO₂의 주입구와 수직방향으로 설치된 배플8및 반응장치 바닥 중앙부에 교반기9를 구비한 본 발명의 반응장치를 이용함으로써 이산화염소를 고효율로 제조하는 것이 가능하다.

NaClO₂와 Cl₂를 반응시킴에 있어서, 유량계를 이용하여 Cl₂의 공급속도와 정량펌프를 이용하여 NaClO₂의 공급속도를 조정하여 pH를 1.9 ~ 2.0의 범위로 유지시킴으로써 이산화염소를 고효율로 제조할 수 있다. 이 때, Cl₂는 미세유리섬유를 통과시켜 공급함으로써 염소가 NaClO₂용액과 잘 혼합되도록 한다. 이를 위하여, 배플을 Cl₂, NaClO₂의 주입구와 수직이 되도록 설치한다. 본 발명의 이산화염소 제조장치에 설치된 배플은 유량의 흐름을 라미나(laminar) 흐름에서 터뷸런트(turbulent) 흐름으로 바꾸어 주는 역할을 한다. 즉, 배플을 이용함으로 해서 반응물을 신속하게 혼합시킬 수 있음은 물론 최대 혼합효과를 얻을 수 있다. 이와 같이, 반응물의 pH, 접촉시간, 혼합효과를 최적 수준으로 유지함으로써 이산화염소를 효율적으로 제조하는 것이 가능하다. 또한 도 2에서와 같이 Cl₂와 NaClO₂용액의 공급관을 반응장치의 중앙부로 설치하여 Cl₂가 NaClO₂상부로 직접 공급되도록 할 수도 있다.

상기한 바와 같이, Cl₂와 NaClO₂의 혼합액의 pH를 1.9 ~ 2.0 범위로 유지시키고, 반응물의 접촉시간, 접촉효율을 최적화시키는데 적합한 정도로 반응물을 잘 혼합시킴으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 바람직하게는, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같은 반응장치를 이용하는 것이 좋다. 이하 실시예를 들어 본 발명을 설명하나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

25% NaClO₂용액 (동양화학 제조) 100ml를 3800ml의 물에 희석하였다. 이 용액을 정량펌프를 이용하여 도 1의 제조장치 오른쪽 하단의 주입구를 통해 반응용기에 주입하였다. 동시에, 염소를 유량계를 이용하여 미세유리섬유를 통해 조절하면서 반응기에 투입하였다. 교반기를 작동시키자 배플에 의해 순간적으로 교반이 효율적으로 일어났다. 반응용액의 pH가 1.9 ~ 2.0이 되도록 유량계와 정량펌프를 조절하여 상부로 이산화염소를 오버플로우 시켜 받아내었다. 얻어진 이산화염소의 농도는 4,000 ppm, 수율은 NaClO₂기준으로 98.0%였다.

한편, 상기한 바와 같이 제조된 이산화염소는 각종 수처리에 이용될 수 있다.

김 양식에 있어서 잡조류의 제거

김양식에 있어서 가장 큰 문제점은 김에 파래 등 잡조류가 공생한다는 것이다. 파래 등 잡조류가 부착될 경우 상품가치가 현저히 저하된다. 이를 방지하기 위해 어민들은 염산을 사용하기도 한다. 폐 염산의 경우는 물을 3:7 정도 첨가하여 희석하여 사용하고 진한 염산을 이용할 경우에는 10배 희석하여 사용한다. 이 때 염산이 과량으로 해수에 녹아들어가서 해수를 오염시킴으로 해서 생태계에 심각한 위험을 초래하고 있다.

이를 방지하기 위해 정부는 염산 대신 유기산을 사용하도록 하고 있으나, 이와 같은 유기산은 그 주성분이 구연산, 개미산 등으로 되어 있어, 산도가 매우 약해서 잡조 제거능력이 매우 미미하다. 이 때문에 김 양식업자들은 유기산의 사용을 기피하고 있는 실정이다.

본 발명에서는 이산화염소가 조류 제거에 탁월한 능력이 있음에 착안하여 이의 잡조 제거 실험을 실시한 바 획기적인 결과를 얻었다. 즉, 이산화염소를 0.1 ppm ~ 20ppm 범위로 김 양식에 응용하여 90% 내지 100% 잡조 제거 효능을 얻을 수 있었다. 사용방법은 소형 선박에 이산화염소 용액을 1톤 정도 준비한 후 양식 김을 담구었다 빼는 침수식이나 양식 김에 이산화염소 용액을 직접 분무하는 분무식이가능하다.

실시예 2

본 발명에 따라 이산화염소 5 ppm 용액를 분무식으로 양식김에 분무하고, 비교를 위해, 시중에 유통되고 있는 유기산 원액을 50배 물에 희석한 후 마찬가지 방법으로 사용하여, 그 결과를 비교하자, 유기산으로 처리된 양식김에서는 잡조류가 원 상태 그래도 잔류하였으나, 본 발명에 따라 이산화염소로 처리된 양식김에 있어서는 잡조류가 모두 제거되고 김에는 아무런 영향이 없는 것으로 나타났다.

실시예 3

양식 김에 5ppm의 이산화염소를 처리하고 1주일 후 김의 성장 및 수확성에 미치는 영향을 평가하였다. 평가결과, 이산화염소는 김의 성장이나 수확량에 아무런 악영향을 미치지 않는 것으로 조사되었다.

지하비축 석유, LPG 침출수의 세균소독 및 산화에 의한 독소제거

국내에는 대량의 석유, LPG를 유사시에 대비하여 지하 동굴이나 암반에 비축하고 있다. 여기에 침출수에 둘러싸고 있는 형태인 바, 여기에 세균이 기생하여 비축유의 품질저하를 일으키고 있다. 이를 방지하기 위해, 몇가지 NaClO 등의 소독제가 사용되고 있으나, 살균력, 잔류성 등에 문제점이 노출되고 있다. 이산화염소를 0.1-5ppm 범위 농도로 침출수에 투여하면 세균, 바이러스, 원생동물, 독소를 전면적으로 제거할 수 있다.

냉각수내의 레지오넬라균 소독

이산화염소는 또한, 냉각탑등의 냉각수에 서식하는 레지오넬라균을 소독하는데도 효과적이다. 올들어 발생한 레지오넬라증 양성환자가 지난 한해동안의 환자수에 육박한 가운데 백화점, 호텔, 병원 등 서울시내 다중이용시설 냉각탑 물의 15.7%가 레지오넬라균에 오염된 것으로 보고되었다.

이러한 레지오넬라균을 살균하기 위해 본 발명에서는 이산화염소를 0.5~5 ppm 범위로 사용하였다.

실시예 4

레지오넬라 (Legionella pneunophila) 균을 다음의 여러가지 농도의 이산화염소로 처리한 후 살균력을 측정하였다.

ClO2농도	0.1	0.5	1	5
살균율 (%)	90	99	100	100

본 발명에 따라, 이산화염소를 효과적으로 제조할 수 있는 방법, 그에 이용되는 장치, 및 이산화염소의 각종 수처리 용도가 제공된다.

Claims (6)

1. 반응장치가 상단부에 반응용액의 pH를 모니터링하기 위한 pH meter, pH meter와 대칭되는 위치에 설치된 이산화염소 유출구, Cl₂의 주입구에 별도 설치된 유량계, 반응장치의 하단부에 좌우 대칭으로 설치된 Cl₂주입구 및 NaClO₂주입구, NaClO₂의 공급량을 조절하기 위한 정량펌프, Cl₂공급관 중에 설치된 미세유리섬유막, Cl₂및 NaClO₂의 주입구와 수직방향으로 설치된 배플 및 반응장치 바닥 중앙부에 교반기가 장착된 이산화염소의 제조장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 장치가 첨부된 도 1 또는 도 2에 도시된 구조를 갖는 것이 특징인 반응장치.
3. NaClO₂와 Cl₂를 반응시켜 이산화염소를 제조하는데 있어서, 제 1항 또는 제 2항에 따른 장치를 이용하여, NaClO₂와 Cl₂의 공급속도를 조절함으로써 반응액의 pH를 1.9~2.0의 범위로 조절하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 이산화염소의 제조방법.
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